CN105627908A - 一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于环形角位移传感器技术领域，具体涉及一种满足高可靠性大功率千瓦级运载火箭伺服机构，可实现高精度、耐高温和冗余设计的复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器；包括3个电阻组件(1)、3个电刷组件(2)、上盖(3)、下盖(4)、轴(5)、销(6)、2个中间环(7)、2个轴承(8)及3个连接套(18)；本发明可实现“线性度好，精度高，稳定性好”的优点，在可靠性指标上会有跨越性的提高，且基础技术较成熟，易实现。

Description

一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器

技术领域

本发明属于环形角位移传感器技术领域，具体涉及一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器。

背景技术

伺服机构是我国对运载火箭飞行控制执行机构子系统的统称，大功率电动伺服机构是当前重要研究方向。大功率千瓦级伺服机构的角位移传感器一种精度高，寿命长，三余度电位计，作动器构成三余度机电伺服作动器，每台作动器包含一个电位计，每套伺服机构包含四个电位计，在外部供电的情况下将机械摆角信号转换为电信号输出，用来测量发动机转角。

发动机周围的温度高，环境恶劣，发动机转角的测量精度高，角位移传感器不仅需要能够耐高温，精度高，传感器的线性度高的技术要求，常用的角位移传感器都是采用合成膜是电位计的原理，合成膜电位计是采用电阻液配方配制而成后喷涂在电阻体骨架内侧，合成膜电阻膜耐高温性能低，寿命短，目前市面上的成熟的技术是采用复合型导电塑料印制成电阻膜，这种电阻膜耐高温，寿命长，电阻均匀性好，产品线性度好。常用的环形角位移传感器是电阻膜喷涂在骨架内侧，在电阻体骨架受力形变后会导致电阻体阻值的变化，相应的角位移传感器的线性度也会随之变化，为了避免在测量过程中骨架的不确定形变给角位移传感器的性能带来的影响，本发明设计一种新颖的角位移传感器结构，将电阻膜印制在平面的骨架上，平面骨架不受力的作用，电阻体的阻值不会变化，从而保证角位移传感器的线性度良好，输出特性好。

本发明方案，有成熟的技术基础，方案易于实现，满够满足高精度，高线性度，高可靠性的性能指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种满足高可靠性大功率千瓦级运载火箭伺服机构，可实现高精度、耐高温和冗余设计的复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器。

本发明所采用的技术方案是：

一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器，包括3个电阻组件、3个电刷组件、上盖、下盖、轴、销、2个中间环、2个轴承及3个连接套，所述轴下端穿过下盖且通过轴承固定在下盖中，轴上端通过轴承固定在上盖中，轴外侧设有3个首尾依次相接连接套，销设于最下端连接套的下端，插入轴内部，每个连接套上设有一个电刷组件；上盖和下盖之间设有两级中间环，组成完整的圆柱腔体，腔体内部下盖上设有一个电阻组件，第一级中间环设于下盖上，第二级中间环设于第一级中间环上，上盖设于第二级中间环上方，第一级中间环和第二级中间环上分别设有一组电阻组件。

所述每组电阻组件和每组电刷组件交叉排列，设于下盖上的电阻组件位于设在最下端连接套上的电刷组件的下方。

所述电阻组件包括骨架、电阻膜、导电条、8个铆钉、8个方垫片及高温小截面安装线，其中，电阻膜和导电条对称设于骨架上，电阻膜和导电条的圆心角均为140°；所述电阻膜的两端各设有两个铆钉和两个方垫片，导电条两端设有两个铆钉和两个方垫片，电阻膜中间位置两端各设有一组铆钉和方垫片，骨架上的8个方垫片通过高温销截面安装线相连接。

所述电刷组件包括刷握、导电片、电刷、连接套、3个螺钉及3个小螺钉，导电片通过3个小螺钉固定在刷握上，电刷设于导电片两端，刷握通过3个螺钉固定在连接套上。

所述两个电刷分别在其下方对应接触1个电阻膜和一个导电条。

本发明的有益效果是：

1.可实现发动机机械转角测量，具有高精度的性能特性，角位移传感器在正负70度的大范围内，输出绝对线性度在0.2％以内；

2.采用复合型导电塑料印制电阻膜和导电条提高角位移传感器的电阻体在与电刷接触过程中耐摩擦的特性设计可以实现长寿命；

3.可实现角位移传感器的冗余设计，在有限的空间内实现了三冗余结构设计，提高角位移传感器的可靠性；

4.此技术方案与现有国内外现有方案相比，可实现“线性度好，精度高，稳定性好”的优点，在可靠性指标上会有跨越性的提高，且基础技术较成熟，易实现。

附图说明

图1是复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器示意图；

图2是电阻组件示意图；

图3是电刷组件示意图；

图中：1.电阻体组件2.电刷组件3.上盖4.下盖5.轴6.销7.中间环8.轴承9.骨架10.电阻膜11.导电条12.铆钉13.方垫片14.高温小截面安装线15.刷握16.导电片17.电刷18.连接套19.螺钉20.小螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种进行介绍：

一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器，包括3个电阻组件1、3个电刷组件2、上盖3、下盖4、轴5、销6、2个中间环7、2个轴承8及3个连接套18，所述轴5下端穿过下盖4且通过轴承8固定在下盖4中，轴5上端通过轴承8固定在上盖3中，轴5外侧设有3个首尾依次相接连接套18，销6设于最下端连接套18的下端，插入轴5内部，每个连接套18上设有一个电刷组件2；上盖3和下盖4之间设有两级中间环7，组成完整的圆柱腔体，腔体内部下盖4上设有一个电阻组件1，第一级中间环7设于下盖4上，第二级中间环7设于第一级中间环7上，上盖3设于第二级中间环上方，第一级中间环7和第二级中间环7上分别设有一组电阻组件1。

所述每组电阻组件1和每组电刷组件2交叉排列，设于下盖上的电阻组件1位于设在最下端连接套8上的电刷组件2的下方。

所述电阻组件1包括骨架9、电阻膜10、导电条11、8个铆钉12、8个方垫片13及高温小截面安装线14，其中，电阻膜10和导电条11对称设于骨架上，电阻膜10和导电条11的圆心角均为140°；所述电阻膜10的两端各设有两个铆钉12和两个方垫片13，导电条11两端设有两个铆钉12和两个方垫片13，电阻膜10中间位置两端各设有一组铆钉12和方垫片13，骨架9上的8个方垫片13通过高温销截面安装线14相连接。

所述电刷组件包括刷握15、导电片16、电刷17、连接套18、3个螺钉19及3个小螺钉20，导电片16通过3个小螺钉20固定在刷握15上，电刷17设于导电片16两端，刷握15通过3个螺钉19固定在连接套18上。

所述两个电刷17分别在其下方对应接触1个电阻膜10和一个导电条11。

如图1所示，高精度角位移传感器由电阻组件1，电刷组件2，上盖3下盖4，轴5，销6，中间环7，轴承8等部分组成三冗余角位移传感器，通过轴5的旋转带动电刷组件2跟随轴旋转，电刷在电阻膜上拾取相应的电压信号输出。电阻体是角位移传感器的关键部件，电阻体的电阻膜采用复合型导电塑料印制而成，复合型导电塑料具有耐磨性好，印制电阻值均匀性好，电阻体的线性好，寿命长的优点。复合型导电塑料导电功能性能好，又具有塑料的许多优异性能，可以在较大范围内根据使用需要调节材料的电学和力学性能，材料加工简单，成本低，因而得到广泛应用。以石墨为导电填料的聚合物/石墨导电纳米复合材料成为复合型导电塑料。制备方法为碱金属插层聚合法，碱金属插层聚合法首先用碱金属插层进入石墨层间制成碱金属插层石墨，然后将单体插入碱金属插层石墨内，最后由碱金属引发聚合得到石墨片层被聚合物剥离分散的聚合物导电纳米复合材料。H.Kim等采用钾插层石墨、、、引发苯乙烯进行插层聚合制备PS/石墨纳米复合材料，石墨质量分数仅为10％时，复合材料电导率高达0.13S/cm。中间环7是选用铝合金材料，两个中间环7叠加在一起，电阻组件1分别安装在下盖4和中间环7上面，形成三冗余结构，电阻组件的安装结构形式保证了电阻体骨架不会受挤压形成应力累计，导致电阻体阻值变化，提高角位移传感器的线性度。

如图2所示，电阻组件主要由骨架9，电阻膜10，导电条11，铆钉12，方垫片13，高温小截面安装线14等部分组成，电阻膜印制在平面骨架上，平面结构的设计便于导电塑料的印制，平面结构印制导电塑料的电阻值均匀性好，有利于最后电阻体的线性度修刻，为角位移传感器的线性度修刻提供了良好基础。与传统的合成膜电阻体相比其电阻体修刻后的电阻体的线性度能够保证在0.2％以内，传统的合成膜电阻体经过人工反复的修刻后的线性度一般在1％左右。电阻膜10和导电条11都是印制同一平面上，在同一圆面上，电阻膜2两端的高温小截面安装线13是通过铆钉12焊接后从电阻膜10的背面引出线槽中引出，高温小截面安装线14都是从非金属引线槽中引出，保证其绝缘性，提高了角位移传感器的可靠性。

如图3所示，电刷组件由刷握15，导电片16，电刷17，连接套18，螺钉19，小螺钉20组成，刷握15采用了非金属材料可溶性热缩性聚酰亚胺模塑粉模压塑料YS-20具有耐高温的性能特点，刷握15通过螺钉19紧固在连接套18上，连接套18用螺钉紧固在轴上面，导电片16通过小螺钉20紧固在刷握15上面，电刷17通过焊接的方式焊接在导电片16上面，上下两个电刷分别图2中电阻膜10和导电条11上运动，引出电压信号输出，避免使用运动导线，提高了角位移传感器的可靠性能。

Claims (5)

1.一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器，其特征在于：包括3个电阻组件(1)、3个电刷组件(2)、上盖(3)、下盖(4)、轴(5)、销(6)、2个中间环(7)、2个轴承(8)及3个连接套(18)，所述轴(5)下端穿过下盖(4)且通过轴承(8)固定在下盖(4)中，轴(5)上端通过轴承(8)固定在上盖(3)中，轴(5)外侧设有3个首尾依次相接连接套(18)，销(6)设于最下端连接套(18)的下端，插入轴(5)内部，每个连接套(18)上设有一个电刷组件(2)；上盖(3)和下盖(4)之间设有两级中间环(7)，组成完整的圆柱腔体，腔体内部下盖(4)上设有一个电阻组件(1)，第一级中间环(7)设于下盖(4)上，第二级中间环(7)设于第一级中间环(7)上，上盖(3)设于第二级中间环上方，第一级中间环(7)和第二级中间环(7)上分别设有一组电阻组件(1)。

2.根据权利要求1所述的一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器，其特征在于：所述每组电阻组件(1)和每组电刷组件(2)交叉排列，设于下盖上的电阻组件(1)位于设在最下端连接套(8)上的电刷组件(2)的下方。

3.根据权利要求1所述的一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器，其特征在于：所述电阻组件(1)包括骨架(9)、电阻膜(10)、导电条(11)、8个铆钉(12)、8个方垫片(13)及高温小截面安装线(14)，其中，电阻膜(10)和导电条(11)对称设于骨架上，电阻膜(10)和导电条(11)的圆心角均为140°；所述电阻膜(10)的两端各设有两个铆钉(12)和两个方垫片(13)，导电条(11)两端设有两个铆钉(12)和两个方垫片(13)，电阻膜(10)中间位置两端各设有一组铆钉(12)和方垫片(13)，骨架(9)上的8个方垫片(13)通过高温销截面安装线(14)相连接。

4.根据权利要求1所述的一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器，其特征在于：所述电刷组件包括刷握(15)、导电片(16)、电刷(17)、连接套(18)、3个螺钉(19)及3个小螺钉(20)，导电片(16)通过3个小螺钉(20)固定在刷握(15)上，电刷(17)设于导电片(16)两端，刷握(15)通过3个螺钉(19)固定在连接套(18)上。

5.根据权利要求1、3或4所述的一种复合型导电塑料三冗余高精度角位移传感器，其特征在于：两个电刷(17)分别在其下方对应接触1个电阻膜(10)和一个导电条(11)。